《電解原理及其應(yīng)用》教案(2課時)

電解原理及其應(yīng)用教案（2課時）一、教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能：通過對熔融氯化鈉電解體系的分析，使學(xué)生掌握電解、電解池概念，清晰的建立起電極反應(yīng)的概念并能夠正確的判斷陰陽極 能書寫電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式，培養(yǎng)分析歸納知識的能力。通過活動探究，提高學(xué)生的實驗?zāi)芰头治瞿芰?、過程與方法：通過運用電解的原理，分析電冶金以及電解飽和食鹽水、電鍍、電解精煉等復(fù)雜體系中所發(fā)生的反應(yīng)，體會電解的實用價值和對人類社會的重要貢獻。3、情感態(tài)度與價值觀：通過電解知識的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生勇于創(chuàng)新、積極實踐的科學(xué)態(tài)度。二、教學(xué)重點、難點重點是理解電解原理和一般規(guī)律；難點是判斷電極產(chǎn)物和電極反應(yīng)和電解總反應(yīng)式的書寫三、教學(xué)流程惰性電極不變，離子導(dǎo)體更換為硫酸鈉溶液其它不變，陰陽極均改位鐵對過去所學(xué)知識進行綜合運用探究分析歸納電解熔融氯化鈉電解、電解池、陰陽極和電極反應(yīng)概念，電極反應(yīng)式書寫。構(gòu)成電解池的條件分析初步了解離子放電能力的強弱，了解氯堿工業(yè)原理活動探究4、給鑰匙鍍銅活動探究5、電解精煉銅解決復(fù)雜問題，能力全面提升回扣初中所學(xué)電解水知識，把舊知識納入新體系，了解離子放電順序得出實質(zhì)是電解水發(fā)現(xiàn)新知，完善體系歸納總結(jié)出完整的不同電極條件下的離子放電規(guī)律學(xué)以致用，體會學(xué)習(xí)快樂歸納總結(jié)出構(gòu)成電鍍池的基本條件，了解電鍍工業(yè)體會電解電鍍原理在電解精煉上的神奇應(yīng)用，感受化學(xué)之美綜合分析，實現(xiàn)能力升華畫龍點睛,固化能力形成本單元核心學(xué)科思想和學(xué)科能力能力不斷提升 知識循序漸進活動探究1、惰性電極電解飽和食鹽水惰性電極不變，離子導(dǎo)體有單一體系變成復(fù)雜體系活動探究2、惰性電極電解硫酸鈉溶液活動探究3、鐵電極作陰陽極電解硫酸鈉溶液認知遷移，陽極改為銅電極小結(jié)四、教學(xué)過程教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖【復(fù)習(xí)提問】我們知道，金屬鈉、鈣、熱水器里的鎂棒、各種鋁合材，都是極為活潑的金屬，這些金屬是哪兒來的呢？怎么煉出來的呢？這就涉及到我們今天研究的課題：電解的原理及其應(yīng)用（板書）【聯(lián)想質(zhì)疑】 我們知道，金屬鈉在通常情況下，就可以和氯氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯化鈉，并放出能量。那么氯化鈉能否分解生成金屬鈉呢？ 【設(shè)問】如果要讓氯化鈉分解生成金屬鈉，就必須提供能量，比如電能。實踐證明，熔融氯化鈉在通電條件下就可以分解生成金屬鈉。它的原理是怎樣的呢？【過渡】下面我們以就以電解熔融NaCl為例來分析電解的原理。熔融NaCl 石墨石墨【交流研討】1. 通電后，熔融氯化鈉中Na+和Cl-各向哪個方向移動？2. 移動到兩極表面的Na+和Cl-將發(fā)生什么變化？【分析】通電前熔融NaCl中存在Na+和Cl-，作無規(guī)則運動，接通電源后，Na+ 移向與電源負極相連的電極并得到電子（叫放電）被還原為Na，Cl-移向與電源正極相連的電極并失去電子（也叫放電）被氧化。陽極：2Cl- - 2e-=Cl2 （氧化反應(yīng)）陰極：2Na+2e-=2Na（氧化反應(yīng)）總反應(yīng)：2Na+2Cl-Cl2+2Na2NaCl Cl2+2Na【點撥】這就是工業(yè)上電解冶煉金屬的基本原理?！究偨Y(jié)】一、電極反應(yīng)陽極：2Cl- - 2e-=Cl2 （氧化反應(yīng)）陰極：2Na+2e-=2Na（氧化反應(yīng)）總反應(yīng)：2Na+2Cl-Cl2+2Na2NaCl Cl2+2Na【講解】講解1807年戴維電解獲得金屬鉀的史實，說明不可能不是絕對的，隨著人們的不斷探索，本不可能的事情，很可能就變成了可能。二. 電解的概念使直流電通過電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)而在陰陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程叫做電解三、電解池的概念：借助于電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置叫電解池或電解槽四、電解池的構(gòu)成條件1、直流電源2、兩個固體電極，與電源正極相連的叫陽極，與電源負極相連的叫陰極3、離子導(dǎo)體離子導(dǎo)體（熔融態(tài)電解質(zhì)或電解質(zhì)溶液） 4、構(gòu)成閉合回路【過渡與設(shè)問】剛才我們學(xué)習(xí)了構(gòu)成電解池條件之一是要有離子導(dǎo)體，如果我們把上述裝置中的離子導(dǎo)體熔融NaCl改成NaCl溶液，電解的結(jié)果會怎么樣呢？【活動探究1】電解飽和食鹽水請你分析飽和食鹽水中可能存在哪些離子，通電后它們分別移向哪個電極，可能發(fā)生的電極反應(yīng)是什么？產(chǎn)物如何檢驗 ？現(xiàn)象電極反應(yīng)式陽極有黃綠色氣體，使?jié)駶櫟矸跭I試紙變藍2Cl- - 2e-=Cl22NaCl + 2H2O = H2 +Cl2 + 2NaOH電解陰極有無色氣體產(chǎn)生，溶液滴酚酞試液變紅色2H+ + 2e- = H2電解反應(yīng)【演示】電解飽和食鹽水。【教師板演】通電前：NaCl=Na+Cl- H2OH+OH-通電后：Na+、H+移向陰極，Cl-、OH-移向陽極。那誰放電呢？【講解】 人們根據(jù)大量事實總結(jié)出了如下規(guī)律1、一般說來，金屬越難失電子，其陽離子就越易得電子即K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Ag+ 得電子越來越易2、同樣，非金屬越難得電子，其陰離子就越易失電子即 SO42- OH- Cl- Br- I- S2- 失電子能力越來越易所以，電解飽和食鹽水時，在陰極上H+優(yōu)先放電2H+2e-=H2（還原反應(yīng)），而在陽極上Cl-優(yōu)先放電：2Cl-e-=Cl2（氧化反應(yīng)）。在陰極：由于：2H+2e-=H2，H+不斷被消耗，促進H2OH+OH-向右移動，破壞了水的電離平衡，c（OH-）的濃度相對地增大了，因此，在陰極附近形成了氫氧化鈉溶液。總的電解化學(xué)方程式怎么寫？【板演】2NaCl + 2H2O = H2 +Cl2 + 2NaOH電解【思考】假如你是化工工程師，請從原理上談?wù)勀銓⑷绾紊a(chǎn)大量的鹽酸、燒堿和84消毒液（次氯酸鈉溶液）？【講解】：這就是氯堿工業(yè)的核心原理。具體生產(chǎn)工藝則屬于化學(xué)與技術(shù)范疇，感興趣的同學(xué)課下可查閱相關(guān)資料進一步了解。Na2SO4 溶液石墨電極石墨電極【活動探究2】如果我們把上述電解池中的離子導(dǎo)體換成Na2SO4溶液，結(jié)果又會怎樣？請同學(xué)們根據(jù)前面的方法結(jié)合離子放電順序分析兩極產(chǎn)物各是什么？【點評】這實際上就是初中學(xué)過的電解水，Na2SO4的作用僅起到增強溶液導(dǎo)電性的作用?！局v解】電解水獲得氫能成本太高，如何通過水廉價獲得氫能的技術(shù)還有待突破。【活動探究3】如果將上述裝置中的陰陽極均換成Fe電極，結(jié)果又會怎么樣？Na2SO4 溶液鐵電極鐵電極 演示：演示：現(xiàn)象：陽極附近溶液變淺綠色，陰極有無色氣泡冒出電極反應(yīng)：陽極： Fe 2e- = Fe2+陰極：2H+ +2e- =H2總反應(yīng)：Fe + 2H2O = Fe（OH）2 + H2 小結(jié)：如果陽極材料為金屬時（Pt Au等惰性金屬除外）通常金屬陽極材料優(yōu)先失去電子；當(dāng)陽極材料為石墨（或惰性金屬電極）時，才考慮溶液中陰離子失去電子。陰極材料無論是惰性電極還是活動金屬電極，都是溶液中的陽離子在陰極上放電?！具^渡】受此啟發(fā)，大家想，可否利用電解原理在鋁制鑰匙上鍍上一薄層銅？請看活動探究4 【活動探究4】在鑰匙上鍍銅材料：銅片，石墨棒，鑰匙，CuSO4溶液，導(dǎo)線，電源請根據(jù)電解原理，設(shè)計實驗方案并檢驗，然后得出結(jié)論實驗方案內(nèi)容電鍍原理陽極： Cu 2e- = Cu2+陰極：Cu2+ 2e- =CuCuSO4溶液銅電極鑰匙電鍍方案 CuSO4溶液電極材料陽極：銅片，陰極：鑰匙電鍍液CuSO4溶液鍍件鑰匙【引導(dǎo)學(xué)生分析評價】對學(xué)生可能的出現(xiàn)的幾種情況，如鑰匙作陽極、石墨作陽極、銅作陽極等，進行分析評價。確定最佳方案?！局v述】：這就是電鍍的原理。利用電解原理，在金屬表面鍍上一薄層其它金屬或合金的方法叫電鍍，電鍍的主要目的是增強金屬的抗腐蝕能力、耐磨性或改善金屬制品的外觀。電鍍原理在工業(yè)上被大量應(yīng)用，如電鍍拉手，鍍鎳自行車把等。小結(jié)：在電鍍槽中，一般把待鍍金屬（即鍍件）作陰極，鍍層金屬（如用惰性電極作陽極，則電鍍不均勻）作陽極，含鍍層金屬離子的溶液為電鍍液。根據(jù)電鍍原理可否把一塊粗銅提純？【活動探究5】電解精煉若提供一塊粗銅（含Zn、Fe、Au、Ag等雜質(zhì)），一塊純銅，CuSO4溶液，電解池，直流電源，如何根據(jù)電鍍原理提純粗銅，請設(shè)計實驗裝置?！編熒治觥浚宏枠OZn、Fe比Cu先放電，但Zn2+、Fe2+在陰極上不放電，陰極上只有Cu2+放電，陽極上的Au、Ag等金屬不放電而沉積于陽極下面形成陽極泥（可從中回收貴金屬）這樣陰極上獲得的就是高純度的銅。這一原理在工業(yè)上叫電解精煉，可制得純度高達99.95-99.98%的銅，從而滿足生產(chǎn)生活中大量的導(dǎo)線需求?！拘〗Y(jié)反思】1、給你一個電解裝置如何分析其電極產(chǎn)物？ 一看電源（確定陰陽極） 二看陽極材料（是活動金屬還是惰性電極）； 三看離子導(dǎo)體（看有什么離子） 四看離子移動（分別移向哪個電極） 五看何種離子放電（依據(jù)放電順序）2、通過今天的學(xué)習(xí)還應(yīng)該能夠?qū)σ恍┛此齐y以實現(xiàn)的事情，敢想，敢做，敢于創(chuàng)新。 比如， 已知F2是氧化性最強的單質(zhì)，你有辦法將F-氧化成F2嗎 ？用什么方法？ 再如， 能實現(xiàn)變化Cu + 2H2O=Cu（OH）2+H2嗎？【講解】通過今天的學(xué)習(xí)，也希望同學(xué)們今后遇到問題不要有畏難情緒，要迎難而上，敢想、敢做、敢于質(zhì)疑、敢于創(chuàng)新、敢為人先，敢于變不可能為可能，期待大家將來能夠做出突出成績，為我們北京二十中學(xué)增光添彩！ 【板書設(shè)計】電冶金，如電解氯化鈉氯堿工業(yè)，電解飽和食鹽水電鍍，如在金屬上鍍上一層其他金屬電解精煉，如電解精煉提純銅一要看電源（外加電場）三要看離子移向哪個電極二看陽極材料，確定陰離子放電還是電極材料放電四要確定何種粒子放電電解原理思考，回答。學(xué)生聽講、思考領(lǐng)會思考，感悟，理解學(xué)生聆聽理解并形成概念學(xué)生分析思考并回答學(xué)生思考，聆聽理解體會所學(xué)知識的重要，體會化學(xué)的魅力學(xué)生分析并回答陰極：4H+4e-=2H2陽極：4OH- - 4e- =2H2O+O2總反應(yīng)：2H2O2H2+O2學(xué)生思考未來可否在此領(lǐng)域有所成就。學(xué)生分析，寫出電極反應(yīng)學(xué)生設(shè)計并實驗學(xué)生設(shè)計陽極：粗銅 Cu 2e- = Cu2+陰極：純銅Cu2+ 2e- =Cu學(xué)生思考 學(xué)生總結(jié)學(xué)生思考并回答然后提純學(xué)生反思總結(jié)并回答。與學(xué)生已有知識相銜接學(xué)習(xí)領(lǐng)會電解原理對學(xué)生進行敢于質(zhì)疑的教育歸納電極反應(yīng)、電解、電解池等概念，學(xué)生認識由個例上升到一般，使認識升華由實例引出概念，更有利于學(xué)生接受和理解為學(xué)生綜合運用所學(xué)知識提供了機會使學(xué)生初步學(xué)會惰性電極下，如何分析離子放電的一般方法感受學(xué)習(xí)的成功感?；乜鄢踔兴鶎W(xué)，把舊知識納入現(xiàn)有知識體系體會通常不可能進行反應(yīng)，電解條件下就成為可能，開拓了學(xué)生的視野，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。期待學(xué)生在廉價獲得氫能技術(shù)方面有所成就。完善知識體系，系統(tǒng)掌握放電規(guī)律，利用電解原理學(xué)習(xí)電鍍，易于學(xué)生理解深入理解電解原理，體會電解的另一個領(lǐng)域電鍍，并鍛煉學(xué)生的動手能力和合作能力等。使學(xué)生體會電解原理在電鍍工業(yè)上的重要使用價值，充分感受化學(xué)的魅力利用電鍍原理進行電解精煉。使學(xué)生的認識層層深入升華本單元所要達到的學(xué)科思想和核心能力電解原理及其應(yīng)用 課堂學(xué)案+熔融NaCl 石墨石墨【分析電解原理】以熔融氯化鈉為例分析電解原理1、完成電解熔融NaCl的電極反應(yīng)和電解總反應(yīng)陽極：_，陰極：_總反應(yīng)：_（1）電極反應(yīng)：在電極上發(fā)生的_叫電極反應(yīng)（2）電解的概念：使 通過電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)而在陰陽兩極引起 的過程叫做電解（3）、電解池的概念：借助于 引起 的裝置叫電解池或電解槽（4）、電解池的構(gòu)成條件_+飽和NaCl溶液 石墨石墨_.【活動探究1】惰性電極（石墨或金鉑電極）電解飽和食鹽水現(xiàn)象電極反應(yīng)式陽極陰極電解總反應(yīng)思考：氯堿工業(yè)如何生產(chǎn)鹽酸、燒堿、次氯酸鈉消毒液？【活動探究2】石墨為陽極電解硫酸鈉溶液+Na2SO4溶液 石墨石墨陽極反應(yīng)：_ 陰極反應(yīng)_總反應(yīng)_思考：惰性電極電解硫酸鈉溶液的實質(zhì)是什么？硫酸鈉的作用是什么？1、寫出電解飽和食鹽水的電極反應(yīng)現(xiàn)象和電極反應(yīng)式惰性電極電解時的離子放電規(guī)律、一般說來，金屬越難失電子，其陽離子就越易得電子即K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Zn2+ Fe2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Ag+ +Na2S4溶液 鐵鐵即：在陰極，離子得電子越來越易（越來越容易放電）、同樣，非金屬越難得電子，其陰離子就越易失電子即SO42- OH- Cl- Br- I- S2- 即：在陽極，離子失電子越來容易（越來越容易放電）【活動探究3】 以鐵為陰陽極電解硫酸鈉溶液陽極反應(yīng)：_ 陰極反應(yīng)_總反應(yīng)_思考：你發(fā)現(xiàn)陰陽極材料與離子放電有什么規(guī)律啊？_溶液【活動探究4】你能在鑰匙上鍍銅嗎？方案：_作陽極，_作陰極，_作電鍍液陽極反應(yīng)：_ 陰極反應(yīng)_思考：電鍍工業(yè)的原理：電鍍槽中，一般把待鍍金屬（即鍍件）作_極，鍍層金屬作_極，含_的溶液為電鍍液?！净顒犹骄?】你能把粗銅提純嗎？陽極反應(yīng)：_ 粗銅陰極反應(yīng)_ 思考：工業(yè)上的電解精煉池中，純銅_溶液通常_作陽極，_作陰極_作電鍍液?！拘〗Y(jié)】給你一個電解裝置，你將如何分析其電極反應(yīng)和電極產(chǎn)物？_ _【課下練習(xí)】工廠為了除含Cr2O72-離子的酸性廢水，采用以下處理方法： 以鐵作為電極進行電解 鼓入空氣，經(jīng)過一段時間后，使廢水中的含鉻（有毒）量降到可排放的標(biāo)準(zhǔn)，其原理是： 將Cr2O72-離子還原為可溶性三價鉻離子。電解除鉻過程中，使溶液的PH不斷升高，使工業(yè)廢水由酸性變?yōu)閴A性，再把三價鉻離子變成不溶性氫氧化物除去。 根據(jù)上述內(nèi)容回答下列問題：（1）用鐵作電極電解時，電極反應(yīng)式為：陽極_ ，陰極_（2）在水溶液中將Cr2O72-離子還原成Cr3+的還原劑是溶液中的_離子，此氧化還原反應(yīng)的離子方程式是_。（3）在處理廢水中使溶液的PH不斷升高，由酸性轉(zhuǎn)變堿性是通過通電和O2.途徑來實現(xiàn)的。（4）將Cr3+轉(zhuǎn)變成不溶性氫氧化物的離子反應(yīng)式為 _，同時還有_生成 第8頁